Учёные раскрывают скрытую динамику мельчайших структур клетки

от

Учёные из Северо-Восточного университета (Northwestern University) в Файнбергской школе медицины меняют представление о самых маленьких компонентах клетки — структурах, которые раньше считались статичными, а теперь оказались динамическими двигателями клеточной жизни.

Новые открытия в области клеточной биологии

Недавние исследования под руководством Владимира Гельфанда, доктора философии, профессора клеточной, молекулярной и анатомической наук, и Сергея Трояновского, доктора философии, профессора дерматологии и клеточной биологии и биологии развития, осветили новые роли цитоскелетных филаментов и межклеточных соединений. Отдельное исследование Брайана Митчелла, доцента клеточной биологии и биологии развития, выявило новый механизм защиты эпителиальных клеток от повреждений.

В исследовании, опубликованном в Journal of Cell Biology, команда Гельфанда использовала передовые методы визуализации, чтобы наблюдать промежуточные филаменты виментина — ключевые компоненты цитоскелета — внутри живых клеток.

«По сути, эти филаменты обычно считаются наиболее нединамичным компонентом цитоскелета, — сказал Гельфанд. — Люди обычно считают, что филаменты просто помогают клеткам сохранять форму и предотвращать механические повреждения. Но мы давно подозревали, что филаменты более динамичны, чем принято думать».

Переосмысление роли промежуточных филаментов

Вопреки устоявшемуся мнению о том, что эти филаменты жёсткие и собраны в пучки, лаборатория Гельфанда обнаружила, что филаменты виментина очень подвижны и перемещаются индивидуально по микротрубочкам — внутренним «автострадам» клетки. Это открытие меняет представление о роли промежуточных филаментов, предполагая, что они активно участвуют во внутриклеточном транспорте и структурной адаптации.

«Существует множество микротрубочек, которые приводятся в движение молекулярными моторами, и они гидродинамически взаимодействуют друг с другом», — сказал Саянант Датта, доктор философии, приглашённый учёный в Файнбергской школе и бывший студент Принстонского университета и Центра вычислительной биологии Института Флэтiron, который был первым автором исследования.

«Благодаря гидродинамическому взаимодействию микротрубочки изгибаются согласованно, создавая крупномасштабный поток. Это наше основное открытие, которое подтверждается как обширным компьютерным моделированием, так и дополнительными изображениями».

В другом исследовании, опубликованном в Nature Physics, Гельфанд и его коллеги обнаружили, что цитоплазма внутри клеток далеко не инертна. Вместо этого её перемешивают микроскопические «вихри» — вихреобразные движения, которые помогают распределять органеллы и другие клеточные грузы. Эти завихрения, наблюдаемые в ооцитах (незрелых яйцеклетках), приводятся в движение цитоскелетом — сетью белковых филаментов, которая действует как каркас и транспортная система.

Исследование межклеточных соединений

Исследование Трояновского было сосредоточено на адгезионных соединениях — белковых комплексах, которые удерживают клетки вместе. В исследовании, опубликованном в Nature Communications, его команда раскрыла новые сведения о том, как межклеточный «клей» обеспечивает взаимодействие между клетками.

«То, что мы здесь изучили, простыми словами, — это клей, который соединяет клетки, — сказал Трояновский. — Один из основных вопросов здесь был: «Что сначала? Две клетки контактируют, а затем реагирует внутриклеточный механизм, или наоборот?»

В исследовании его команда показала, что эти соединения формируются поэтапно, начиная с крошечных «пре-соединений», которые в конечном итоге созревают в полноценные адгезивные структуры. Это понимание клеточной адгезии может иметь значение для понимания развития тканей и таких заболеваний, как рак и экзема.

Лаборатория Брайана Митчелла обнаружила ранее неизвестный механизм, который эпителиальные клетки используют для борьбы с перенаселённостью — распространённым стрессором в тканевой среде. Вместо того чтобы подвергнуться экструзии клеток, которая может быть разрушительной, эпителиальные клетки инициируют макропиноцитоз — процесс, при котором клетка поглощает внеклеточный материал. Это действие уменьшает апикальную поверхность клетки, снимая давление и сохраняя целостность ткани.

«Когда ткань переполнена, эти события происходят периодически, чтобы не допустить необходимости проходить через процесс экструзии клеток. Оба этих процесса могут решить проблему, но экструзия клеток более затратна и необратима», — сказал Митчелл.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, было проведено на эмбрионах лягушек и определяет один из способов, с помощью которого клетки адаптируются к механическому стрессу, не жертвуя своей жизнеспособностью.

Вместе эти исследования подчёркивают сдвиг парадигмы в клеточной биологии: мельчайшие структуры внутри клеток — это не пассивные каркасы, а активные участники поддержания здоровья клетки, коммуникации и адаптивности.

Работа учёных из Файнбергской школы обещает стать основой для разработки новых терапевтических стратегий и углубления понимания жизни на самом фундаментальном уровне.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте